石墨烯還能這麼玩：無毒、防靜電的染髮劑

撰文 | Northwestern University

編譯 | 楊雨

審校 | 王妍琳

使用石墨烯染髮劑染前的頭髮（金色）和染後的頭髮（黑色）。來源：美國西北大學黃嘉興教授

有個困擾美容行業一個多世紀的問題：過於頻繁地染髮會不可挽回地損傷發質。

目前美國西北大學的一個研究團隊用材料科學解決了這個問題。該團隊利用超級材料石墨烯開發了一種無毒無害、經過多次漂洗而不褪色的新型染髮劑。石墨烯的導電特性也為頭髮帶來一些新的性能，比如防靜電，或者與可穿戴電子設備集成在一起。

該研究於3月15日在線發表於Chem。美國西北大學麥考密克工程學院材料科學與工程系教授黃嘉興領銜這項研究。

染髮看起來簡單而普通，但實際上是一個複雜的化學過程。頭髮最外層被稱為角質層，是由鱗狀細胞重疊組成。商業染料通過使用諸如氨和漂白劑等刺激性化學物質，首先撬開角質層鱗片讓色素分子進入，然後引發頭髮內部反應以產生更多的顏色。這一過程使頭髮變得更加脆弱，一些小分子也具有頗高的毒性。

黃嘉興教授和他的團隊通過利用石墨烯薄片的自然幾何結構，完全摒棄了有害化學物質。目前的染髮劑使用的是一種小分子的混合物，通過化學方法改變頭髮，而石墨烯薄片柔軟有韌性，所以它們會包裹每根頭髮形成均勻的塗層。黃教授的染髮劑配方還包括可食用的、無毒的聚合物粘合劑，這確保石墨烯保持粘性，經得住至少30次漂洗，達到持久染髮劑的商業要求。還有個額外的好處是：石墨烯是防靜電的，所以它能使冬季的炸毛程度降到最低。

石墨烯的幾何形狀確保其能有較長的持久性，對其他只能用作臨時染髮劑的黑色顏料顆粒(如碳黑或氧化鐵)而言，這就像是濕紙巾和網球的區別。黃教授解釋道，「紙巾會更好的包裹與黏附。球狀顆粒更容易用洗髮水去除。」

這種幾何結構也有助於解釋為什麼石墨烯是一種更安全的替代品。小分子很容易被吸入或通過皮膚屏障，但石墨烯太大無法進入人體。「與目前染髮劑中使用的那些小分子物質相比，石墨烯薄片是非常大的。」黃教授說。

自從2004年石墨烯這種二維碳原子晶體突然出現在科學領域以來，這種有前景的材料似乎充滿了無窮無盡的可能性。石墨烯具有超級堅固且輕盈的結構，在高性能電子產品、高強度材料和能源設備上有許多應用潛力。但是這些應用的開發通常要求石墨烯材料儘可能的結構完美以達到非凡的導電性能、機械性能或熱學性能。

但是對於黃教授發明的染髮劑而言，石墨烯最重要的性能僅僅是它的顏色：黑色。所以黃教授的團隊使用了石墨烯氧化物，這種形式的石墨烯是更便宜並且更易獲得。「我們的染髮劑不依賴於極難製備的高質量石墨烯就解決了現實世界的問題，」黃教授說，「我對這個應用持樂觀態度。」

不過，未來的染料可能某一天會利用石墨烯的顯著特性，包括它的高導電性。「人們可以使用這種染料使頭髮表層具有導電性，」黃教授說，「那麼它就可以連接可穿戴電子設備集成或成為導電探頭。我們只是受到想像力的限制。」

到目前為止，黃教授已經開發出多種棕色調和黑色調的石墨烯染髮劑。接下來，他打算試驗更多的顏色。

參考資料：

https://phys.org/news/2018-03-graphene-application-non-toxic-anti-static-hair.html

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